يمكن أن تكون نفايات تعدين الألومنيوم مصدرًا للصلب الأخضر

المعادن التي تشكل أساس المجتمع الحديث تسبب أيضًا عددًا من المشاكل. غالبًا ما يكون فصل المعادن التي نريدها عن المعادن الأخرى مستهلكًا للطاقة ويمكن أن يترك وراءه كميات كبيرة من النفايات السامة. والحصول عليها في شكل نقي يمكن أن يتطلب في كثير من الأحيان مدخلات طاقة ثانية وكبيرة، مما يزيد من انبعاثات الكربون المرتبطة بها.

اكتشف فريق من الباحثين من ألمانيا الآن كيفية التعامل مع بعض هذه المشكلات لفئة معينة من نفايات التعدين الناتجة أثناء إنتاج الألومنيوم. وتعتمد طريقتهم على الهيدروجين والكهرباء، اللذين يمكن الحصول عليهما من الطاقة المتجددة واستخراج الحديد وربما معادن أخرى من النفايات. ما تبقى قد يظل سامًا ولكنه ليس ضارًا بالبيئة.

الخروج من الطين

الخطوة الأولى في إنتاج الألومنيوم هي عزل أكسيد الألومنيوم عن المواد الأخرى الموجودة في الخام. وهذا يترك وراءه مادة تعرف بالطين الأحمر؛ تشير التقديرات إلى أنه يتم إنتاج ما يقرب من 200 مليون طن سنويًا. في حين أن اللون الأحمر يأتي من أكاسيد الحديد الموجودة، إلا أنه يحتوي على الكثير من المواد الأخرى، وبعضها يمكن أن يكون سامًا. وعملية عزل أكسيد الألومنيوم تترك المادة ذات درجة حموضة أساسية جدًا.

تعني كل هذه الميزات أن الطين الأحمر بشكل عام لا يمكن (أو على الأقل لا ينبغي) إعادته إلى البيئة. يتم الاحتفاظ به بشكل عام في أحواض الاحتواء، حيث تشير التقديرات على مستوى العالم إلى أنها تحتوي على 4 مليارات طن من الطين الأحمر، وقد انفجرت العديد من أحواض الاحتواء على مر السنين.

يمكن أن تمثل أكاسيد الحديد أكثر من نصف وزن الطين الأحمر في بعض المواقع، مما يجعلها مصدرًا جيدًا للحديد. قامت الطرق التقليدية بمعالجة خامات الحديد عن طريق تفاعلها مع الكربون، مما أدى إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون. ولكن كانت هناك جهود بُذلت لتطوير إنتاج “الفولاذ الأخضر” حيث يتم استبدال هذه الخطوة بتفاعل مع الهيدروجين، مما يترك الماء كمنتج ثانوي أساسي. وبما أنه يمكن صنع الهيدروجين من الماء باستخدام الكهرباء المتجددة، فإن هذا لديه القدرة على القضاء على الكثير من انبعاثات الكربون المرتبطة بإنتاج الحديد.

قرر الفريق الألماني اختبار طريقة إنتاج الفولاذ الأخضر على الطين الأحمر. قاموا بتسخين بعض المواد في فرن القوس الكهربائي تحت جو كان معظمه من الأرجون (الذي لا يتفاعل مع أي شيء) والهيدروجين (بنسبة 10 بالمائة من الخليط).

ضخ (خارج) الحديد

وكان رد الفعل سريعا بشكل ملحوظ. وفي غضون دقائق قليلة، بدأت عقيدات الحديد المعدنية في الظهور في الخليط. اكتمل إنتاج الحديد إلى حد كبير بحوالي 10 دقائق. كان الحديد نقيًا بشكل ملحوظ، حيث أن حوالي 98 بالمائة من وزن المادة الموجودة في العقيدات عبارة عن حديد.

بدأت العملية بعينة 15 جرامًا من الطين الأحمر، ثم خفضت هذه العملية إلى 8.8 جرام، حيث تم تحرير الكثير من الأكسجين الموجود في المادة على شكل ماء. (من الجدير بالذكر أنه يمكن إعادة تدوير هذا الماء مرة أخرى لإنتاج الهيدروجين، مما يغلق الحلقة في هذا الجانب من العملية.) ومن بين 8.8 جرام، كان حوالي 2.6 (30 بالمائة) على شكل حديد.

ووجد البحث أن هناك أيضًا بعض القطع الصغيرة من التيتانيوم النقي نسبيًا المتكونة في المزيج. لذلك، هناك فرصة لاستخدام هذا في إنتاج معادن إضافية، على الرغم من أن العملية ربما تحتاج إلى تحسين لزيادة إنتاج أي شيء آخر غير الحديد.

والخبر السار هو أنه لم يعد هناك الكثير من الطين الأحمر الذي يدعو للقلق بعد ذلك. اعتمادًا على مصدر الخام الأصلي المحتوي على الألومنيوم، قد يشتمل بعض هذا على تركيزات عالية نسبيًا من المواد القيمة، مثل المعادن الأرضية النادرة. الجانب السلبي هو أن أي مواد سامة في الخام الأصلي ستكون أكثر تركيزًا بشكل ملحوظ.

كإضافة صغيرة، تعمل العملية أيضًا على تحييد الرقم الهيدروجيني للبقايا المتبقية. لذلك، هذا شيء واحد على الأقل أقل ما يدعو للقلق.

الجانب السلبي هو أن العملية تستهلك الكثير من الطاقة بشكل لا يصدق، سواء في إنتاج الهيدروجين المطلوب أو تشغيل فرن القوس. تكلفة تلك الطاقة تجعل الأمور صعبة اقتصاديا. ويقابل ذلك جزئيًا انخفاض تكاليف المعالجة، حيث تم الحصول على الخام بالفعل وهو ذو درجة نقاء عالية نسبيًا.

لكن السمة الرئيسية لذلك هي انبعاثات الكربون المنخفضة للغاية. في الوقت الحالي، لا يوجد سعر لهذه المنتجات في معظم البلدان، مما يجعل اقتصاديات هذه العملية أكثر صعوبة بكثير.

الطبيعة، 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (حول معرفات الهوية الرقمية).